[实用新型]一种双极性双向直流变压器

说明书

本发明涉及电功率变换器领域。一种双极性双向直流变压器，包括4个绝缘栅双极晶体管、2个电感和4个电容，该双极性双向直流变压器高压正极+HV连接第一绝缘栅双极晶体管Q1的集电极、第一电容的C1的一端，该双极性双向直流变压器的高压正极‑HV连接第三绝缘栅双极晶体管Q3的发射极、第二电容的C2的一端，第一绝缘栅双极晶体管Q1的发射极分别连接第二绝缘栅双极晶体管Q2的集电极和第一电感L1的一端。本发明既可以实现双极供电，有可以实现单极独立供电，提高了供电的灵活性与可靠性。

技术领域

本实用新型涉及电功率变换器领域。

背景技术

直流变压器是一种基于电力电子变换技术的电功率变换器，是连接两种不同电压值的直流母线的关键设备。低压直流配电网可分为单极供电与双极供电，其中双极供电具有更高的灵活性与可靠性，且双极供电有伪双极和真双极两种实现形式。为了满足不同的供电方式，需要不同结构的直流变压器，因此根据输出电压的极性可将直流变压器分为单极型、伪双极型与真双极型。其中单极型直流变压器仅需满足功率额定值与能量双向流动这两点，设计成本最低；伪双极型直流变压器一般通过接地电阻或电容的中点接地，设计起来也很方便，但缺点是负载只能接到正输出母线与负输出母线之间，正、负输出母线不可单独带负载；真双极型直流变压器不仅可以将负载接到正输出母线与负输出母线之间，而且正、负输出母线可以单独带负载或者带不平衡负载，但其设计起来也更困难一些，目前的研究成果也比较有限。随着用户对配电网灵活性与可靠性的要求越来越高，具有真双极特性的直流变压器将具有更广泛的应用前景与市场价值。

直流变压器根据输入侧与输出侧有无直接电气上的连接可分为隔离型与非隔离型，目前各种具有真双极特性的直流变压器主电路拓扑电路大多针对隔离型来设计，虽然可靠性更高一些，但由于隔离变压器的存在，会影响运行效率的提高。专利CN202010076552.6“一种具有双极输出电压自平衡能力的直流固态变压器”，提出了一种具有双极输出电压自平衡能力的直流固态变压器，直接实现双极输出，无需额外的开关器件。该直流变压器适用于对效率要求不高，而对设计成本要求较高的场合；专利CN201910962620.6“双极性直流变压器、及其控制方法和装置”，提出一种含多个功率子模块的具有真双极特性的直流变压器，适用于中高压大功率场合，可靠性较高，但由于功率子模块内部拓扑同样采用隔离型拓扑，因此无法实现较高的效率，且其设计成本也比较高。

对于一些对效率要求特别高的场合，通常采用非隔离型拓扑，其中半桥型非隔离拓扑不仅效率可以满足98%以上的要求，且适用于大功率场合，在低压用直流变压器中应用广泛。专利CN201820920739.8“一种低压直流双向双极性DCDC变换器”，提出一种非隔离型低压直流双向双极性DCDC变换器，能实现能量双向流动，并保证双极直流电压平衡，但由于其输入侧上端与上一级直流正母线相连，下端与上一级直流负母线相连，一旦上一级正母线或负母线由于检修等原因需要断开时，该直流变压器输出侧就无法仅以单极性运行，其运行可靠性不高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：如何克服当前具有双极性特性的直流变压器运行效率不够高、设计成本比较大的缺点，提出一种具有双极性输出特性的非隔离型直流变压器，适用于低压配电网，满足能量双向流动、双极性输入输出、既能双极运行又能单极独立运行的高效、可靠的真双极直流变压器。